【導(dǎo)讀】在設(shè)計系統(tǒng)時，為了更好地采用模塊化設(shè)計法，分步的設(shè)計各個單元功能模塊，最小系統(tǒng)部分主要包括AT89S52和擴展的外部數(shù)據(jù)存儲器；數(shù)據(jù)采集部分由。系統(tǒng)電源以LM317和LM337為核心設(shè)計電路以提供系統(tǒng)正常工作電源。實現(xiàn)基本的稱重功能,具有超量程和欠量程的報警功能。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，功能齊全，精。度高，具有一定的開發(fā)價值。

　　

【正文】 及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。 方案一 采用三端固定穩(wěn)壓芯片 7805 和 7812 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。這個部分由整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等組成 。如下圖： 圖 +5V電源電路圖 在這里只給出了＋ 5V電源電路， +12V 電源電路與 +5V 相似，因此不再畫出。 78 系列是輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器，輸出為正電壓，輸出電流可達 1A。 方案 二 以 LM317 和 LM337 型號的芯片為核心來設(shè)計電源電路。選用初級220V、次級 18V，功率為 10W 的變壓器兩只提供交流電源，經(jīng)過整流穩(wěn)壓濾波后，再分別由 LM317 和 LM337 提供系統(tǒng)所需的直流穩(wěn)壓電源。 LM317 是一種外接很少元件就能工作的三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，它的三個接線端分別稱為輸入端、輸出端和調(diào)整端。它的內(nèi)部電路有比較放大器、偏置電路、恒流源電路和帶隙基準電路等，它的公共端改接到輸出端，器件本身無接地端。所以消耗的電流都從輸出端流出，內(nèi)部的基準電壓（約 ）接至比較放大器的同相端和調(diào)整端之間。若接上外部的調(diào)整電阻 R R2 后，輸出電壓為 = () LM317 的 VREF =, I adj =50? A，由于調(diào)整端電流 I adj?? I1, 故可以忽略，式（ ） 可簡化為 （ ） 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 LM317 結(jié)構(gòu) 圖 LM337 穩(wěn)壓器是與 LM317 對應(yīng)的負壓三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器，它的工作原理和電路結(jié)構(gòu)與 LM317 相似。 LM 系列的特性有： 可調(diào)整輸出電壓低到 ；保證 輸出電流；典型線性調(diào)整率 %；典型負載調(diào)整率 %； 80dB 紋波抑制比；輸出短路保護；過流、過熱保護；調(diào)整管安全工作區(qū)保護。 系統(tǒng)的傳感器部分，傳感器電源的設(shè)計直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度。實踐證明，若橋電源采用一級穩(wěn)壓，穩(wěn)壓器采用 78 系列，稱重誤差為 10%，屏幕顯示的稱重數(shù)據(jù)變化較大，各部分之間協(xié)調(diào)性較差。若采用二級穩(wěn)壓，穩(wěn)壓器采用 78 系列，稱重誤差 為 3%左右，各部分之間協(xié)調(diào)性較好。由此可見電橋電壓的重要性。經(jīng)反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，采用差動式電源可將電源的波動部分中和掉，大大提高電橋輸出精度及穩(wěn)定性。另外，系統(tǒng)要求擴大輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍，故使用它很不方便。 所以， 具體設(shè)計時考慮到運算放大器的放大能力與工作電壓的大小關(guān)系，以及電源芯片的自身優(yōu)勢等因素，最終選用了性價比比較高的 LM317 和 LM337 來設(shè)計電源電路，給系統(tǒng)提供正、負電壓，滿足系統(tǒng)正常工作電源的要求。 具體實施方案簡介 根據(jù) 以上 設(shè)計方案，硬件部分采用 51系列單片機 AT89S52 為控制核心部 件，實現(xiàn)電子秤的基本控制功能。 AT89S52 是一款 8位的內(nèi)帶 8K 程序存儲器的微控制器，考慮到用軟件實現(xiàn)電子秤系統(tǒng)的各項功能時，所需的軟件量并不是很大，南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 不需要太大的程序存儲空間，因此在對 AT89S52 實際設(shè)計時不需要在片外再擴展程序存儲器，這樣不僅節(jié)省了硬件資源，也優(yōu)化了電路的設(shè)計。在實際使用電子秤的稱重功能時考慮到涉及到大量的數(shù)據(jù)，而 AT89S52 片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲空間有限，因此在片外擴展一片 32K 的數(shù)據(jù)存儲器，選用 62256 實現(xiàn)。 系統(tǒng)的硬件部分不僅包括以單片機 AT89S52 為核心的最小系統(tǒng)部分，而且還包括數(shù) 據(jù)采集、人機接口界面、系統(tǒng)電源部分。 數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號的濾波放大處理和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成。在具體選擇傳感器時，考慮到在稱量物品時必要的精度、準確性要求，所稱物品的重量誤差必須要控制在一定的范圍之內(nèi) 。另外由于 秤臺的自身重量、振動和沖擊分量， 以及 還要避免物體超重時對傳感器的損壞，所以在選擇傳感器時要保證有一定的承重裕量，所選的傳感器量程應(yīng)該比系統(tǒng)設(shè)計要求的要大。一般選擇為實際要求量程的兩倍，且需要滿足精度要求，滿量程時候的誤差不能大于規(guī)定量。由于傳感器的輸出信號中含有一定的干擾噪聲，所以必須要對傳 感器的輸出信號進行濾波，在濾波電路的設(shè)計時利用普通小電容濾除高頻干擾，利用大的電解電容濾除低頻干擾。由于在選用的放大器中內(nèi)帶濾波電路環(huán)節(jié)，所以利用電容濾波可以根據(jù)實際情況進行取舍。傳感器輸出的電信號比較微弱，一般為毫伏級，必須采用適當(dāng)?shù)碾娐愤M行信號放大處理，這樣才能保證整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性能。這時需要共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度好，而且外部接口簡單的專用儀表放大器 AD620。在選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時根據(jù)系統(tǒng)精度的要求，選擇了具有很強抗干擾能力的雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7135，雖然轉(zhuǎn)換速度慢， 但精度高，輸入阻抗高，可自動調(diào)零，具有超量程信號，全部輸出的 TTL 電平信號兼容。作為電子秤，系統(tǒng)對 A/D 轉(zhuǎn)換的速度要求不高，而且 ICL7135 的轉(zhuǎn)換精度足以滿足系統(tǒng)的誤差要求。 人 機交互部分的鍵盤在系統(tǒng)中，可以輸入數(shù)字和已經(jīng)固定的控制命令等。在這次設(shè)計中我們采用了廣州周立功單片機公司生產(chǎn)的專用鍵盤控制芯片ZLG7289，并且擴展了其中的 64 個鍵盤供系統(tǒng)使用。顯示用的 LCD 我們根據(jù)要求選用了字符點陣式液晶顯示器 OCM4x8C，可以一次滿屏幕顯示 4行 8列的 32個中文字符或 4行 16列的英文字符，滿足電子秤在稱物時 的購物清單顯示要求。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)框圖如下所示 ： 。 部分，不包括系統(tǒng)電源部分 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 稱重傳感器 LPSIII 濾波電路 放大器 AD620 A/D轉(zhuǎn)換器 ICL7135 AT89S52 單片機 片外數(shù)據(jù)存儲器 62256 （ 32K） 鍵盤控制芯片 ZZLG7289 64鍵 鍵盤 帶有中文字庫的點陣式128x64型的LCD OOCM4X8C 數(shù)據(jù)采集 部分 人機交互 界面 單片機 控制模塊 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求以及系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能，在設(shè)計系統(tǒng)時可以分成以下幾個部分：單片機控制模塊，前端信號采集、處理、轉(zhuǎn)換模塊，人機接口界面以及系統(tǒng)電源部分 （為實現(xiàn)系統(tǒng)超量程與欠量程的報警功能， 還擴展了報警電路） 。 基于 AT89S52 的主控電路 芯片介紹 芯片 AT89S52 AT89S52單片機是 ATMEL公司新近推出的高檔型 AT89S系列單片機中的增強型產(chǎn)品 。 ATMEL 公司是美國 20世紀 80 年代中期成立并發(fā)展起來的半導(dǎo)體公司。該公司的技術(shù)優(yōu)勢在于推出 Flash 存儲器技術(shù)和高質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)，它率先將獨特的 Flash 存儲技術(shù)注入于單片機產(chǎn)品中。其推出的 AT89 系列單片機，在世界電子技術(shù)行業(yè)中引起了極大的反響，在國內(nèi)也受到廣大用戶歡迎。 AT89S52 是一個低功耗 ,高性能 CMOS 8 位單片機 ， 片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的 可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器 。 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造 ， 兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu) 。 芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元 ， 功能強大的微型計算機的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S52 具有如下特點： 40 個引腳 ， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器 ， 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口 ， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中 斷 ， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ， 2 個全雙工串行通信口 ， 看門狗（ WDT）電路 ， 片內(nèi)時鐘振蕩器 。 此外 ， AT89S52 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz， 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下 ， CPU暫停工作 ， 而 RAM 定時計數(shù)器 、 串行口 、 外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 ， 掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù) ， 停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 ，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 主要功能特性 見下表 ： 表 AT89S52功能 兼容 MCS51指令系 統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫 (1000次） ISP Flash ROM 32個雙向 I/O口 3個 16位可編程定時 /計數(shù)器 時鐘頻率 033MHz 全雙工 UART串行中斷口線 256x8bit內(nèi)部 RAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 引腳封裝如下圖所示： 圖 AT89S52的引腳圖 引腳功能說明： VCC/GND： 電源 /接地 引腳； Port 0： P0 是一個 8位漏極開路型雙向 I/O 端口，端口置 1(對端口寫 1)時作高阻抗輸入端； P0 還可以用作總線方式下的地址數(shù)據(jù)復(fù)用管腳，用來操作外部存儲器。在這種工作模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉作用。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收指令字節(jié)、校驗程序、輸出指令字節(jié)時，要求外接上拉電阻； Port 1： P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口，輸出時可驅(qū)動 4個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部 上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； 另外， 、 可以分別被用作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 ()和觸發(fā)輸入南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 ()；對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收低 8位地址信息； Port 2： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口；輸出時可驅(qū)動 4個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； P2 口在存取外部存儲器時，可作為高位地址輸出；內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收高 8位地址和控制信息； Port 3： P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻 的 8 位雙向 I/0 端口，輸出時可驅(qū)動 4個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 P3 引腳功能復(fù)用 見下表： 表 P3引腳功能復(fù)用 串行通訊輸入 (RXD) 串行通訊輸出 (TXD) 外部中斷 0( INT0) 外部中斷 1(INT1) 定時器 0輸入 (T0) 定時器 1輸入 (T1) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD RST： 在振蕩器運行時 ，有兩個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時，將使單片機復(fù)位。只要這個管腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0— P3 口均置 1，管腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序； XTAL XTAL2 ： XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz 至 24MHz 內(nèi)選擇，電容取 30PF 左右。 ALE/PROG： 訪問外部存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)，即使不訪問外部存儲器， ALE 端仍以不變的頻率輸出脈沖信號 (此頻率是振蕩器頻率的 1/6)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個 ALE 脈沖； 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 PSEN： 該引腳是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當(dāng) AT89S52 由外部程序